JP2007296615A

JP2007296615A - Ultrasonic press-in device

Info

Publication number: JP2007296615A
Application number: JP2006127700A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Soda; 信彦曽田; Shinichi Makita; 臣一真北; Eiji Irifune; 英士入船; Mitsuteru Shibano; 光輝柴野
Original assignee: Toyota Motor Corp; MEC International Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; MEC International Co Ltd
Priority date: 2006-05-01
Filing date: 2006-05-01
Publication date: 2007-11-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for eliminating inconvenience by positional dislocation of a point of application of a press-in punch to a press-in part, when pressed in a metallic workpiece, while applying ultrasonic vibration to the metallic press-in part. <P>SOLUTION: The ultrasonic press-in device comprises: the press-in punch 9 exciting the press-in part 7 by an ultrasonic wave and making a press-in load to the workpiece act on the press-in part 7; a load applying means applying the press-in load to the press-in punch 9; and a connector 10 for connecting the press-in punch 9 and the load applying means via a slidable linear motion guide mechanism 11 for enabling the press-in punch 9 to make reciprocating linear motion in the press-in direction to the workpiece of the press-in part 7 to the load applying means. A multi-axis industrial robot is used as the load applying means. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属製ワークに金属製部品を圧入するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for press-fitting a metal part into a metal workpiece.

従来、金具等の金属製部品に超音波振動を与えながら、樹脂製ワークに圧入する、「超音波インサート」の技術が知られている。超音波インサートでは、超音波により金属製部品と樹脂製ワークとの境界面に発生する局部的な摩擦熱にて、樹脂製ワークを溶融しながら金属製部品が該樹脂製ワークに圧入される。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique of “ultrasonic insert” that press-fits a resin workpiece while applying ultrasonic vibration to a metal part such as a metal fitting is known. In the ultrasonic insert, the metal part is press-fitted into the resin workpiece while the resin workpiece is melted by the local frictional heat generated at the boundary surface between the metal component and the resin workpiece by the ultrasonic wave.

例えば、特許文献１では、樹脂製ワークに形成された挿入孔に、金属製の圧入部品を圧入固定する超音波インサート技術が開示されている。この技術は、作業台をＸ−Ｙ方向駆動機構にて所定位置に移動させて自動的に位置決めしたうえで、圧入部品に超音波振動を与えながら、樹脂製ワークの挿入孔に圧入するものである。圧入部品と樹脂製ワークとの位置決めや、超音波付与、押圧等を装置で自動的に行うことによって、部品圧入作業の自動化が図られている。 For example, Patent Document 1 discloses an ultrasonic insert technique in which a metal press-fitting component is press-fitted and fixed in an insertion hole formed in a resin workpiece. In this technique, the work table is moved to a predetermined position by an XY drive mechanism and automatically positioned, and then press-fitted into the insertion hole of the resin workpiece while applying ultrasonic vibration to the press-fitted parts. is there. The parts press-fitting operation is automated by automatically positioning the press-fitted parts and the resin workpiece, applying ultrasonic waves, pressing, and the like with an apparatus.

また、従来、金属製の圧入部品を金属製のワークの挿入孔に圧入する際には、油圧シリンダ等の荷重付与手段にて荷重（圧入荷重）を圧入部品に付与して挿入孔に押し込む手法が採られていた。圧入部品をワークに圧入する際に必要なエネルギーは、塑性変形、弾性変形及び摩擦力に相応するものとなるため、圧入荷重は比較的大きく、荷重付与手段や、圧入荷重に耐えうる剛性を備える治具が大型化するという課題があった。
そこで、近年では、金属製の圧入部品に超音波振動を与えながら、金属製のワークに圧入する技術が提案されている。例えば、特許文献２及び被特許文献１に記載の技術である。 Conventionally, when a metal press-fitting part is press-fitted into an insertion hole of a metal workpiece, a load (press-fitting load) is applied to the press-fitting part by a load applying means such as a hydraulic cylinder and pushed into the insertion hole. Was taken. The energy required for press-fitting a press-fitting part into the workpiece is commensurate with plastic deformation, elastic deformation, and frictional force, so the press-fitting load is relatively large, and it has load application means and rigidity that can withstand the press-fitting load. There was a problem that the jig was enlarged.
Therefore, in recent years, a technique for press-fitting into a metal workpiece while applying ultrasonic vibration to the metal press-fit component has been proposed. For example, there are techniques described in Patent Document 2 and Patent Document 1.

特許文献２では、アルミニウム製外部材に設けられた内孔に、鉄製内部材を圧入する技術が開示されている。この技術では、アルミニウム製外部材の内孔に鉄製内部材を圧入する際に、少なくとも一方の部材に対して、超音波にて軸心方向へ５０ｋＨｚ以上の振動が付与される。 Patent Document 2 discloses a technique in which an iron inner member is press-fitted into an inner hole provided in an aluminum outer member. In this technique, when an iron inner member is press-fitted into an inner hole of an aluminum outer member, vibration of 50 kHz or more is applied to at least one member in the axial direction by ultrasonic waves.

また、非特許文献１では、モータサイクルエンジンのクランクケースに、テーパプラグやボール等の圧入部品を圧入する技術が開示されている。この技術では、埋栓しようとする孔の入口に圧入部品を置いて、エアシリンダによる荷重と超音波振動を加えた圧入ポンチを前記圧入部品に押し当てることによって、孔に圧入部品を圧入するものである。そして、前記圧入ポンチを備える圧入ユニット、圧入部品を保持する吸着パッド及びかしめユニット等をＸ−Ｙ方向移動ロボットに搭載して、圧入作業位置を可変とした圧入機が提案されている。 Non-Patent Document 1 discloses a technique for press-fitting a press-fitting component such as a taper plug or a ball into a crankcase of a motorcycle engine. In this technology, a press-fitting part is placed at the inlet of a hole to be plugged, and a press-fitting punch applied with a load and ultrasonic vibration by an air cylinder is pressed against the press-fitting part to press-fit the press-fitting part into the hole. It is. A press-fitting machine in which a press-fitting work position is variable by mounting a press-fitting unit including the press-fitting punch, a suction pad for holding a press-fitting component, a caulking unit, and the like on an XY direction moving robot has been proposed.

上述のように、金属製の圧入部品を金属製のワークに圧入する際に、何れか一方に超音波により振動を与えることによって、圧入荷重の低減が実現される。これにより、荷重付与手段及びその荷重に耐えうる剛性を備える設備や治具等を小型・軽量化することができ、圧入装置の小型化が実現される。 As described above, when a metal press-fitting part is press-fitted into a metal work, a press-fitting load can be reduced by applying vibration to one of the parts by ultrasonic waves. This makes it possible to reduce the size and weight of the load applying means and the equipment and jigs having rigidity capable of withstanding the load, and the press-fitting device can be reduced in size.

金属製の圧入部品に超音波振動を与えながら、金属製のワークの挿入孔に圧入するに際して、圧入部品と挿入孔との高い位置精度が要求される。例えば、上述の特許文献１や非特許文献１に記載のように、圧入部品と、該圧入部品に圧入荷重を付与する圧入ポンチと、ワークの挿入孔との位置あわせを、Ｘ−Ｙ方向移動ロボットやＸ−Ｙ方向駆動機構等を用いて行う場合に、位置合わせが精確に行われずに、圧入部品の圧入荷重を作用すべき場所と、圧入ポンチの作用点とが位置ずれしていれば、圧入部品がワークの挿入孔に圧入されたとしても、傾いていたり、バリが生じたり等の不具合の発生が想定される。
特開２０００−１５８２４３号公報特開平１１−４２５１２号公報深津英治、“超音波振動を応用した圧入機の開発”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１４年４月１７日、ヤマハ発動機株式会社、［平成１８年４月５日検索］、インターネット〈URL：http://www.yamaha-motor.co.jp/profile/technical/publish/no33/pdf/print/gr-02.pdf〉 When press-fitting into a metal workpiece insertion hole while applying ultrasonic vibration to the metal press-fitting component, high positional accuracy between the press-fitting component and the insertion hole is required. For example, as described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 described above, the alignment of the press-fitting part, the press-fitting punch that applies a press-fitting load to the press-fitting part, and the insertion hole of the workpiece is moved in the XY direction. When using a robot, XY direction drive mechanism, etc., if the positioning is not performed accurately and the place where the press-fitting load of the press-fitting part is to be applied and the point of action of the press-fitting punch are misaligned Even if the press-fitting part is press-fitted into the insertion hole of the workpiece, it is assumed that a malfunction such as tilting or burring occurs.
JP 2000-158243 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-42512 Eiji Fukatsu, “Development of press-fitting machine using ultrasonic vibration”, [online], April 17, 2002, Yamaha Motor Co., Ltd., [April 5, 2006 search], Internet <URL: http : //www.yamaha-motor.co.jp/profile/technical/publish/no33/pdf/print/gr-02.pdf>

本発明では、金属製の圧入部品に超音波振動を与えながら、金属製のワークに圧入するに際して、圧入部品に対する圧入ポンチの作用点の位置ずれによる不具合を解消する技術を提案する。 The present invention proposes a technique for solving the problem caused by the displacement of the action point of the press-fitting punch with respect to the press-fitting component when press-fitting the metal press-fitting component while applying ultrasonic vibration to the metal press-fitting component.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

即ち、請求項１においては、金属製ワークに金属製圧入部品を圧入するための装置であって、前記圧入部品を超音波で加振するとともに、該圧入部品に前記ワークへの圧入荷重を作用させる圧入ポンチと、前記圧入ポンチに圧入荷重を与える荷重付与手段と、前記圧入ポンチを、圧入時における前記圧入部品の前記ワークへの圧入方向へ往復直線運動可能に前記荷重付与手段と連結する、スライド式直動ガイド機構を備える連結具とを、備えるものである。 That is, according to the first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for press-fitting a metal press-fitting part into a metal work, wherein the press-fitting part is vibrated with ultrasonic waves, and a press-fitting load to the work is applied to the press-fitting part. A press-fitting punch, a load applying unit that applies a press-fitting load to the press-fitting punch, and the press-fitting punch are connected to the load applying unit so as to be capable of reciprocating linear movement in the press-fitting direction of the press-fitting part to the workpiece during press-fitting. And a connecting device including a slide type linear motion guide mechanism.

請求項２においては、前記スライド式直動ガイド機構によって、前記圧入ポンチの直線運動のみが許容された部位に、圧入荷重の検出手段を設けるものである。 According to a second aspect of the present invention, a press-fitting load detecting means is provided at a portion where only the linear movement of the press-fitting punch is allowed by the slide type linear motion guide mechanism.

請求項３においては、前記連結具に、圧入部品を圧入ポンチにて圧入可能な位置に保持する圧入部品治具を備えるものである。 According to a third aspect of the present invention, the connector is provided with a press-fitting part jig for holding the press-fitting part at a position where the press-fitting part can be press-fitted.

請求項４においては、前記荷重付与手段を、互いに連結された分節で構成されて複数の関節を有する姿勢変化可能なロボットアームを備えた多軸産業ロボットとするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the load applying means is a multi-axis industrial robot including a robot arm having a plurality of joints and having a plurality of joints that are connected to each other.

請求項５においては、前記多軸産業ロボットに備える前記ロボットアームの最も圧入ポンチに近い関節を所定の姿勢で固定するものである。 According to a fifth aspect of the present invention, the joint closest to the press-fitting punch of the robot arm provided in the multi-axis industrial robot is fixed in a predetermined posture.

請求項６においては、前記荷重付与手段を、エアシリンダとするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, the load applying means is an air cylinder.

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.

本発明においては、金属製圧入部品に超音波振動を与えながら、金属製ワークに圧入するに際して、圧入ポンチの作用点が、圧入部品の圧入荷重を作用すべき場所から多少位置ずれしたとしても、圧入ポンチが圧入部品に対して進退移動することによって、圧入ポンチによる圧入部品への圧入荷重付与方向は確実にワークへの圧入部品の圧入方向となるように維持され、圧入ポンチは安定して圧入部品を圧入することができる。 In the present invention, even when the press-fitting punch is pressed into a metal workpiece while applying ultrasonic vibration to the metal press-fitting component, even if the point of action of the press-fitting punch is slightly displaced from the place where the press-fitting load of the press-fitting component is to be applied, The press-fitting punch moves forward and backward with respect to the press-fitting part, so that the press-fitting load application direction to the press-fitting part by the press-fitting punch is reliably maintained to be the press-fitting direction of the press-fitting part to the workpiece, and the press-fitting punch is stably pressed. Parts can be press-fitted.

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例１に係る超音波圧入ユニットの構成を示す正面図、図２は本発明の実施例１に係る超音波圧入ユニットの構成を示す側面図、図３は圧入軸の構造を説明する一部断面図である。
図４は本発明の実施例２に係る超音波圧入装置の構造を示す図、図５は超音波圧入装置の制御ブロック図、図６は超音波圧入装置の制御の流れ図、図７は超音波圧入装置の制御の流れ図である。
図８は本発明の実施例３に係る超音波圧入装置の構造を示す正面図、図９は本発明の実施例３に係る超音波圧入装置の構造を示す側面図である。 Next, embodiments of the invention will be described.
1 is a front view showing the configuration of an ultrasonic press-fitting unit according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a side view showing the configuration of the ultrasonic press-fit unit according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. It is a partial sectional view explaining a structure.
4 is a diagram showing the structure of an ultrasonic press-fitting device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a control block diagram of the ultrasonic press-fitting device, FIG. 6 is a flowchart of control of the ultrasonic press-fitting device, and FIG. It is a flowchart of control of a press-fitting device.
FIG. 8 is a front view showing the structure of the ultrasonic press-fitting device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a side view showing the structure of the ultrasonic press-fitting device according to the third embodiment of the present invention.

本発明に係る超音波圧入装置は、金属製のワークに、金属製の圧入部品を圧入するためのものである。
超音波圧入装置には、圧入部品を超音波で加振するとともに、該圧入部品に前記ワークへの圧入荷重を作用させる圧入ポンチと、前記圧入ポンチに圧入荷重を与える荷重付与手段と、圧入ポンチと荷重付与手段とを連結する連結具とが、少なくとも備えられる。
前記連結具には、圧入時における圧入部品のワークへの圧入方向へ、圧入ポンチを往復直線運動させるスライド式直動ガイド機構が具備される。これらに加え、圧入ポンチを、ワークの挿入孔に圧入部品を圧入可能な位置及び姿勢に移動させる移動手段を備えることもできる。
以下に、前記超音波圧入装置の実施例について説明する。 The ultrasonic press-fitting device according to the present invention is for press-fitting a metal press-fitting component into a metal work.
The ultrasonic press-fitting device includes a press-fitting punch that applies a press-fitting load to the press-fitting part to the press-fitting part, a load applying unit that applies the press-fitting load to the press-fitting punch, and a press-fitting punch. And a connecting tool for connecting the load applying means.
The connecting tool is provided with a slide type linear motion guide mechanism for reciprocating linearly moving the press-fitting punch in the press-fitting direction of the press-fitting part to the workpiece at the time of press-fitting. In addition to these, the press-fitting punch can be provided with a moving means for moving the press-fitting component to a position and posture where the press-fitting part can be press-fitted into the insertion hole of the workpiece.
Hereinafter, examples of the ultrasonic press-fitting device will be described.

まず、本発明の実施例１を説明する。
実施例１では、図１及び図２に示すように、圧入ポンチ９と、圧入部品７を保持する圧入部品治具２１と、圧入ポンチ９と荷重付与手段５とを連結するための連結具１０とを一体的に備えた、超音波圧入ユニット８の構成について説明する。
この超音波圧入ユニット８は、荷重付与手段５に連結されて使用される。前記荷重付与手段５として、例えば、油圧シリンダやエアシリンダ等の流体圧シリンダ、モータ等を採用することができる。 First, Example 1 of the present invention will be described.
In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the press-fitting punch 9, the press-fitting part jig 21 that holds the press-fitting part 7, and the connecting tool 10 for connecting the press-fitting punch 9 and the load applying means 5. The structure of the ultrasonic press-fitting unit 8 that is integrally provided will be described.
This ultrasonic press-fitting unit 8 is used by being connected to the load applying means 5. As the load applying means 5, for example, a fluid pressure cylinder such as a hydraulic cylinder or an air cylinder, a motor, or the like can be employed.

〈圧入ポンチ９〉
前記超音波圧入ユニット８に具備される圧入ポンチ９は、圧入部品７に接して、該圧入部品７を超音波で加振するとともに、該圧入部品７に前記ワーク６への圧入荷重を作用させるためのものである。
前記圧入ポンチ９は、筐体１２と、該筐体１２に一方の端部が固設された圧入軸１５と、該圧入軸１５に超音波振動を与える超音波振動子１４とで、構成される。 <Press-fit punch 9>
The press-fitting punch 9 provided in the ultrasonic press-fitting unit 8 is in contact with the press-fitting component 7 to vibrate the press-fitting component 7 with ultrasonic waves and to apply a press-fitting load to the workpiece 6 on the press-fitting component 7. Is for.
The press-fitting punch 9 includes a casing 12, a press-fitting shaft 15 having one end fixed to the casing 12, and an ultrasonic transducer 14 that applies ultrasonic vibration to the press-fitting shaft 15. The

前記筐体１２は中空筒状に形成され、該筐体１２に超音波振動子１４が内装される。超音波振動子１４は超音波を発振することにて、圧入軸１５を振動させるためのものである。該超音波振動子１４の発振（超音波の周波数、振幅、発振のオン・オフ等）は、超音波発振器３４により制御される。 The casing 12 is formed in a hollow cylindrical shape, and an ultrasonic transducer 14 is housed in the casing 12. The ultrasonic vibrator 14 is for vibrating the press-fit shaft 15 by oscillating ultrasonic waves. Oscillation of the ultrasonic transducer 14 (ultrasonic frequency, amplitude, oscillation on / off, etc.) is controlled by an ultrasonic oscillator 34.

前記圧入軸１５の、筐体１２に固設された端部と反対側の端部は、圧入部品７を超音波にて加振するとともに、該圧入部品７に圧入荷重を作用させるために、圧入ポンチ９のうち圧入部品７に接触する部分である。 The end of the press-fit shaft 15 opposite to the end fixed to the housing 12 is used to vibrate the press-fit component 7 with ultrasonic waves and to apply a press-fit load to the press-fit component 7. This is the portion of the press-fitting punch 9 that contacts the press-fitting component 7.

この圧入軸１５の軸方向を、以下、『圧入軸方向』と記載する。
圧入軸方向は、圧入部品７をワーク６へ圧入する際には、圧入部品７のワーク６への圧入方向と略平行な方向となる。 The axial direction of the press-fit shaft 15 is hereinafter referred to as “press-fit axis direction”.
The press-fitting axis direction is substantially parallel to the press-fitting direction of the press-fitting part 7 to the work 6 when the press-fitting part 7 is press-fitted into the work 6.

図３に示すように、前記圧入軸１５は、筐体１２に固設される基部１５ａと、該基部１５ａに螺結される圧入ヘッド部１５ｂとで構成される。本実施例においては、前記圧入軸１５の基部１５ａには、雄ネジが形成され、圧入ヘッド部１５ｂには、該雄ネジを螺入する雌ネジが形成される。
上述のように、圧入ポンチ９のうち圧入部品７に接触する部分である圧入軸１５の圧入ヘッド部１５ｂは、圧入ポンチ９から着脱可能に構成されるので、圧入軸１５を圧入部品７の形状に応じて適宜異なる形状のものに交換することにより、一つの圧入ポンチ９にて多種多様の圧入部品７に対応することができ、超音波圧入ユニット８の汎用性を高めることができる。 As shown in FIG. 3, the press-fit shaft 15 includes a base portion 15a fixed to the housing 12 and a press-fit head portion 15b screwed to the base portion 15a. In this embodiment, a male screw is formed on the base portion 15a of the press-fitting shaft 15, and a female screw into which the male screw is screwed is formed on the press-fitting head portion 15b.
As described above, the press-fitting head portion 15b of the press-fitting shaft 15 that is a portion of the press-fitting punch 9 that is in contact with the press-fitting component 7 is configured to be detachable from the press-fitting punch 9, so By changing to a different shape according to the situation, it is possible to deal with a wide variety of press-fitting parts 7 with a single press-fitting punch 9, and the versatility of the ultrasonic press-fitting unit 8 can be enhanced.

〈連結具１０〉
上述の構成の圧入ポンチ９を荷重付与手段５と連結するための連結具１０は、荷重付与手段５に連結される連結基板１０ａと、該連結基板１０ａに固設された二枚のスライド基板３９・３９と、該スライド基板３９・３９に設けられたスライド式直動ガイド機構１１・１１とで構成される。 <Connector 10>
A connecting tool 10 for connecting the press-fitting punch 9 having the above-described configuration to the load applying means 5 includes a connecting substrate 10a connected to the load applying means 5, and two slide substrates 39 fixed to the connecting substrate 10a. 39 and the slide type linear motion guide mechanisms 11 and 11 provided on the slide substrates 39 and 39.

前記連結基板１０ａは、圧延軸方向と略直交する平面を有する板状部材であって、圧延軸方向と略平行な平面を有する二枚のスライド基板３９・３９が、該連結基板１０ａに固設される。
前記二枚のスライド基板３９・３９は、対向して配置され、当該対向する面にそれぞれ、圧入軸方向に伸延するスライドレール３８・３８が設けられる。該スライドレール３８・３８には、前記圧入ポンチ９の筐体１２に設けられたスライダ１３・１３が摺動可能に嵌設される。このスライドレール３８・３８と、スライダ１３・１３とで、スライド式直動ガイド機構１１・１１が構成される。 The connecting substrate 10a is a plate-like member having a plane substantially orthogonal to the rolling axis direction, and two slide substrates 39, 39 having a plane substantially parallel to the rolling axis direction are fixed to the connecting substrate 10a. Is done.
The two slide substrates 39, 39 are arranged to face each other, and slide rails 38, 38 extending in the press-fitting axis direction are provided on the opposed surfaces, respectively. Sliders 13 and 13 provided on the housing 12 of the press-fitting punch 9 are slidably fitted on the slide rails 38 and 38. The slide rails 38 and 38 and the sliders 13 and 13 constitute a slide type linear motion guide mechanism 11 and 11.

上述のように、圧入ポンチ９が連結具１０にスライド式直動ガイド機構１１・１１を介して支持されることによって、該圧入ポンチ９は、圧入時における圧入部品７のワーク６への圧入方向（圧入軸方向）へ往復直線運動可能とされる。 As described above, the press-fitting punch 9 is supported by the connector 10 via the slide type linear motion guide mechanisms 11 and 11 so that the press-fitting punch 9 press-fits the press-fitting component 7 into the workpiece 6 at the time of press-fitting. A reciprocating linear motion is possible in the direction of the press-fit axis.

〈荷重センサ２０〉
前記圧入ポンチ９が圧入部品７に加える圧入荷重を検出するために、圧入荷重検出手段として荷重センサ２０が設けられる。本実施例においては、前記荷重センサ２０としてロードセルが採用される。
前記荷重センサ２０は、連結具１０の連結基板１０ａ及びスライド基板３９・３９と、圧入ポンチ９の筐体１２とに包囲され、連結具１０に具備されるスライド式直動ガイド機構１１・１１によって、圧入ポンチ９に圧入軸方向への直線運動のみが許容された部位に、荷重センサ２０が設けられる。本実施例において、荷重センサ２０は、圧入ポンチ９の圧入軸１５が固定された端部と反対側の端部に設けられる。
上述のように荷重センサ２０を配置することにより、圧入ポンチ９に加わる圧入軸方向のみの荷重を荷重センサ２０にて検出することが可能であり、圧入部品７の圧入荷重を正確に計測することができ、圧入品質管理精度を向上することができる。 <Load sensor 20>
In order to detect the press-fitting load applied to the press-fitting part 7 by the press-fitting punch 9, a load sensor 20 is provided as a press-fitting load detection means. In this embodiment, a load cell is employed as the load sensor 20.
The load sensor 20 is surrounded by the connection board 10a and the slide boards 39 and 39 of the connection tool 10 and the casing 12 of the press-fitting punch 9, and is provided by the slide type linear motion guide mechanisms 11 and 11 provided in the connection tool 10. The load sensor 20 is provided at a site where the press-fitting punch 9 is allowed only to move linearly in the press-fitting axis direction. In the present embodiment, the load sensor 20 is provided at the end of the press-fitting punch 9 opposite to the end to which the press-fitting shaft 15 is fixed.
By arranging the load sensor 20 as described above, the load sensor 20 can detect the load only in the press-fitting axis direction applied to the press-fitting punch 9, and accurately measure the press-fitting load of the press-fitting component 7. The press-fit quality control accuracy can be improved.

〈圧入部品治具２１〉
圧入部品７を保持する圧入部品治具２１は、治具フレーム２２と、該治具フレーム２２の端部に設けられたエアチャック２３等で構成される。なお、前記エアチャック２３は、エアシリンダと、該エアシリンダで動作する物品を把持するための複数の爪部材とを備えたものである。 <Press-fit component jig 21>
The press-fitting component jig 21 that holds the press-fitting component 7 includes a jig frame 22 and an air chuck 23 provided at an end of the jig frame 22. The air chuck 23 includes an air cylinder and a plurality of claw members for holding an article that operates with the air cylinder.

前記治具フレーム２２・２２は、圧入軸方向に伸延する二本の長尺部材であって、その一方の端部は前記連結基板１０ａに固設され、他方の端部にはエアチャック２３が設けられる。治具フレーム２２・２２の中途部には伸縮部２２ａ・２２ａが設けられて、該治具フレーム２２・２２は伸縮可能とされ、伸びる方向に付勢されている。
前記エアチャック２３に具備される二本の爪部材２３ａ・２３ａには、圧入部品７を把持するために適した把持用アタッチメント２４・２４が取り付けられる。 The jig frames 22 and 22 are two long members extending in the press-fitting axis direction, one end of which is fixed to the connecting substrate 10a, and the other end is provided with an air chuck 23. Provided. Extending portions 22a and 22a are provided in the middle portions of the jig frames 22 and 22. The jig frames 22 and 22 are made extendable and biased in the extending direction.
Gripping attachments 24 and 24 suitable for gripping the press-fit component 7 are attached to the two claw members 23a and 23a provided in the air chuck 23.

上記構成の圧入部品治具２１では、エアチャック２３の爪部材２３ａ・２３ａが動作することによって、把持用アタッチメント２４・２４にて圧入部品７が把持されたり、又は、把持用アタッチメント２４・２４による圧入部品７の把持が開放されたりする。 In the press-fitting component jig 21 configured as described above, the claw members 23a and 23a of the air chuck 23 are operated, whereby the press-fitting component 7 is gripped by the grip attachments 24 and 24, or by the grip attachments 24 and 24. The holding of the press-fitting part 7 is released.

上述の構成の超音波圧入ユニット８を備えた超音波圧入装置では、圧入部品治具２１で保持された圧入部品７が、ワーク６の挿入孔に位置合わせされたうえで、荷重付与手段５にて超音波圧入ユニット８に対して圧入軸方向に圧入部品７を押圧する力が付与される。圧入ポンチ９の圧入軸１５より、圧入部品７が超音波加振されるとともに、該圧入部品７に圧入荷重が付加されて、該圧入部品７はワーク６に圧入される。 In the ultrasonic press-fitting device including the ultrasonic press-fitting unit 8 having the above-described configuration, the press-fitting part 7 held by the press-fitting part jig 21 is aligned with the insertion hole of the work 6 and then applied to the load applying means 5. Thus, a force for pressing the press-fitting component 7 in the press-fitting axis direction is applied to the ultrasonic press-fitting unit 8. The press-fitting component 7 is subjected to ultrasonic vibration from the press-fitting shaft 15 of the press-fitting punch 9, and a press-fitting load is applied to the press-fitting component 7, so that the press-fitting component 7 is press-fitted into the workpiece 6.

圧入部品７が圧入される際、圧入ポンチ９は該圧入部品７より反力を受ける。このとき、圧入ポンチ９はスライド式直動ガイド機構１１・１１によって圧入軸方向以外の方向へ移動不可能とされているので、圧入ポンチ９が受けた反力の圧入軸方向以外の成分は、該圧入ポンチ９が圧入軸方向にスライドすることによって逃がされる。
よって、例えば、圧入ポンチ９の作用点（圧入軸の軸心）が、圧入部品７の重心等の圧入荷重を作用すべき場所から外れた場合には、圧入ポンチ９は圧入軸方向以外の方向の反力を受けることとなるが、該圧入ポンチ９は圧入軸方向を変化させずに圧入部品７に対して進退移動することによって、圧入軸方向以外の方向の反力を逃がす。これにより、圧入ポンチ９の作用点（圧入軸の軸心）が、圧入部品７の重心等の圧入荷重を作用すべき場所から多少位置ずれしたとしても、圧入ポンチ９による圧入部品７への圧入荷重付与方向は確実にワーク６への圧入部品７の圧入方向となるように維持され、圧入ポンチ９は安定して圧入部品７を圧入することができる。 When the press-fitting part 7 is press-fitted, the press-fitting punch 9 receives a reaction force from the press-fitting part 7. At this time, since the press-fitting punch 9 is made impossible to move in directions other than the press-fitting axis direction by the slide type linear motion guide mechanisms 11 and 11, the components other than the press-fitting axis direction of the reaction force received by the press-fitting punch 9 are The press-fitting punch 9 is released by sliding in the press-fitting axis direction.
Therefore, for example, when the point of action of the press-fitting punch 9 (axial center of the press-fitting shaft) deviates from a place where a press-fitting load such as the center of gravity of the press-fitting component 7 is to be applied, the press-fitting punch 9 is in a direction other than the press-fitting axis direction However, the press-fitting punch 9 moves back and forth with respect to the press-fitting part 7 without changing the press-fitting axis direction, thereby releasing a reaction force in a direction other than the press-fitting axis direction. As a result, even if the point of action of the press-fitting punch 9 (axial center of the press-fitting shaft) is slightly displaced from the place where the press-fitting load such as the center of gravity of the press-fitting part 7 is to be applied, the press-fitting punch 9 presses the press-fitting part 7. The load application direction is maintained so as to be surely the press-fitting direction of the press-fitting part 7 to the workpiece 6, and the press-fitting punch 9 can press the press-fitting part 7 stably.

さらに、圧入部品７は、振動しながらワーク６に圧入されるので、圧入部品７が振動しない場合と比較して、圧入荷重と、圧入時間とが低減される。
発明者らによる実験では、超音波振動子１４の発振周波数が１５ｋＨｚ以上であって、振幅が４０μｍ以上であるときに、エンジンのシリンダブロックに金属パーツが圧入されたことが確認できた。
但し、超音波振動子１４に備えられる圧電素子は小型であることが望ましいので、超音波振動子１４より発される周波数は小さい方が電力値を低減させることができることが望ましい。よって、超音波振動子１４の発振周波数は、１５ｋＨｚ帯が適している。 Furthermore, since the press-fitting part 7 is press-fitted into the workpiece 6 while vibrating, the press-fitting load and the press-fitting time are reduced compared to the case where the press-fitting part 7 does not vibrate.
In experiments by the inventors, it was confirmed that metal parts were pressed into the cylinder block of the engine when the oscillation frequency of the ultrasonic transducer 14 was 15 kHz or more and the amplitude was 40 μm or more.
However, since the piezoelectric element provided in the ultrasonic transducer 14 is desirably small, it is desirable that the frequency emitted from the ultrasonic transducer 14 be smaller to reduce the power value. Therefore, the 15 kHz band is suitable for the oscillation frequency of the ultrasonic transducer 14.

本発明の実施例２を説明する。
実施例２では、図４に示すように、実施例１に記載の超音波圧入ユニット８を、荷重付与手段５及び位置姿勢変更手段としての多軸産業ロボット３０に備えた超音波圧入装置について説明する。なお、前記超音波圧入ユニット８は、上記実施例１に記載のものと同一構成のものであるので、超音波圧入ユニット８についての詳細な説明は省略する。 A second embodiment of the present invention will be described.
In the second embodiment, as shown in FIG. 4, an ultrasonic press-fitting device provided with the ultrasonic press-fitting unit 8 described in the first embodiment in the multi-axis industrial robot 30 as the load applying means 5 and the position and orientation changing means will be described. To do. Since the ultrasonic press-fitting unit 8 has the same configuration as that described in the first embodiment, detailed description of the ultrasonic press-fitting unit 8 is omitted.

前記多軸産業ロボット３０は、超音波圧入ユニット８の圧入ポンチ９に、圧入部品７をワーク６の挿入孔に圧入するための荷重を付与する荷重付与手段としての機能を有するものである。また、多軸産業ロボット３０は、超音波圧入ユニット８に具備される圧入ポンチ９を、ワーク６の挿入孔に圧入部品７を圧入可能な位置及び姿勢に移動させる移動手段としての機能を有するものである。 The multi-axis industrial robot 30 has a function as load applying means for applying a load for press-fitting the press-fitting part 7 into the insertion hole of the work 6 to the press-fitting punch 9 of the ultrasonic press-fitting unit 8. The multi-axis industrial robot 30 has a function as a moving means for moving the press-fitting punch 9 provided in the ultrasonic press-fitting unit 8 to a position and posture where the press-fitting part 7 can be press-fitted into the insertion hole of the workpiece 6. It is.

従来のシリンダヘッドやシリンダブロック等の金属製のワークに金属製の圧入部品を圧入する加工において、圧入ポンチを多軸産業ロボットに支持させるためには、圧入荷重がロボットアームの耐荷重よりも遙かに大きいために、ロボットアームのみでは圧入荷重を受けることができないので、別途反力受けが必要と考えられていた。また、圧入部品の圧入荷重を作用すべき場所と、圧入ポンチの作用点との位置ずれが懸念されていた。 In press-fitting metal press-fitting parts into conventional metal workpieces such as cylinder heads and cylinder blocks, the press-fitting load is less than the load resistance of the robot arm in order to support the press-fitting punch with a multi-axis industrial robot. Because of its large size, the robot arm alone cannot receive a press-fitting load, so it was thought that a separate reaction force receiver was necessary. In addition, there has been a concern about a positional shift between a place where the press-fitting load of the press-fitting part is to be applied and an action point of the press-fitting punch.

これに対し、本実施例に係る超音波圧入ユニット８では、圧入部品７に超音波振動を付与することにより、圧入荷重の低減を実現し、また、荷重付与手段５である多軸産業ロボット３０のロボットアーム３０ａと圧入ポンチ９との間にスライド式直動ガイド機構１１・１１を介在させることによって、圧入部品の圧入荷重を作用すべき場所と圧入ポンチの作用点との位置ずれによる不具合を解消している。これらの技術によって、超音波圧入ユニット８を多軸産業ロボット３０に取り付けて使用することが実現可能となるのである。 On the other hand, in the ultrasonic press-fitting unit 8 according to the present embodiment, the press-fitting load is reduced by applying ultrasonic vibration to the press-fitting component 7, and the multi-axis industrial robot 30 as the load applying means 5 is realized. By interposing the slide type linear motion guide mechanisms 11 and 11 between the robot arm 30a and the press-fitting punch 9, there is a problem caused by the positional deviation between the place where the press-fitting load of the press-fitted part is applied and the point of action of the press-fitting punch. It has been resolved. With these technologies, it is possible to use the ultrasonic press-fitting unit 8 attached to the multi-axis industrial robot 30 for use.

前記多軸産業ロボット３０は、６自由度のマニピュレーターである。この多軸産業ロボット３０は、互いに連結された分節で構成されて６つの関節を有する姿勢変化可能なロボットアーム３０ａを備え、該ロボットアーム３０ａの端部に超音波圧入ユニット８が接続される。
前記多軸産業ロボット３０のロボットアーム３０ａの６つの関節のうち、超音波圧入ユニット８が取り付けられるロボットアーム３０ａの端部、すなわち、圧入ポンチ９に最も近い関節は動かないように所定の姿勢で固定される。これは、ロボットアーム３０ａにて超音波圧入ユニット８に荷重を付与する際に、関節が動いて位置ずれすることを防止して、安定した圧入動作を多軸産業ロボット３０にて行うためである。 The multi-axis industrial robot 30 is a six-degree-of-freedom manipulator. This multi-axis industrial robot 30 includes a robot arm 30a which is composed of segments connected to each other and has six joints and which can change its posture, and an ultrasonic press-fitting unit 8 is connected to an end of the robot arm 30a.
Of the six joints of the robot arm 30 a of the multi-axis industrial robot 30, the end of the robot arm 30 a to which the ultrasonic press-fitting unit 8 is attached, that is, the joint closest to the press-fitting punch 9 does not move. Fixed. This is because when a load is applied to the ultrasonic press-fitting unit 8 by the robot arm 30a, the joint is prevented from moving and displaced, and a stable press-fitting operation is performed by the multi-axis industrial robot 30. .

なお、前記多軸産業ロボット３０は６自由度のマニピュレーターに限定されるものではなく、位置・姿勢変化可能なロボットアーム３０ａを備え、該ロボットアーム３０ａに超音波圧入ユニット８が固定可能であるとともに、該ロボットアーム３０ａの位置・姿勢変化により、ワーク６に対する圧入部品７及び圧入ポンチ９の位置決めと、圧入部品７に対する圧入荷重付与を行うことのできるロボットであれば、例えば、７〜３自由度のマニピュレーターとしたり、３自由度以下のポジショナとしたりすることもできる。 The multi-axis industrial robot 30 is not limited to a six-degree-of-freedom manipulator. The multi-axis industrial robot 30 includes a robot arm 30a capable of changing its position and posture, and the ultrasonic press-fit unit 8 can be fixed to the robot arm 30a. If the robot can position the press-fitting part 7 and the press-fitting punch 9 with respect to the workpiece 6 and apply a press-fitting load to the press-fitting part 7 by changing the position and posture of the robot arm 30a, for example, 7 to 3 degrees of freedom. The manipulator can be a positioner with 3 degrees of freedom or less.

以下に、前記多軸産業ロボット３０の概略構造について説明する。
但し、多軸産業ロボット３０の構造や教示の方法などは公知であるので、これに関する詳細な説明は省略する。 Hereinafter, a schematic structure of the multi-axis industrial robot 30 will be described.
However, since the structure and teaching method of the multi-axis industrial robot 30 are known, detailed description thereof will be omitted.

図５に示すように、前記多軸産業ロボット３０に備えるロボットアーム３０ａの各々の関節１３１・１３２・・・１３６には、可変プログラマブルコントローラ３２の制御を受けるサーボモータ１０１・１０２・・・１０６が備えられる。
前記コントローラ３２には、圧入ポンチ９の作業位置及び姿勢が予め教示されており、教示された順序・条件・位置、及びその他の情報に沿って、ロボットアーム３０ａの各関節１３１・１３２・・・１３６に設けられたサーボモータ１０１・１０２・・・１０６の動作が個別に制御される。 As shown in FIG. 5, each of the joints 131, 132,... 136 of the robot arm 30 a included in the multi-axis industrial robot 30 has servo motors 101, 102,. Provided.
The working position and posture of the press-fitting punch 9 are previously taught to the controller 32, and the joints 131, 132,... Of the robot arm 30a are in accordance with the taught order, condition, position, and other information. The operations of the servo motors 101, 102,... 106 provided at 136 are individually controlled.

前記コントローラ３２は、制御装置３３に接続される。該制御装置３３には、前記コントローラ３２の他、超音波圧入ユニット８に設けた荷重センサ２０や、超音波発振器３４、及びエアチャック２３等が接続される。
制御装置３３は、制御手段、演算手段、記憶手段、入力手段及び出力手段等を備えた電子計算機であって、例えば、汎用コンピュータを採用することができる。 The controller 32 is connected to the control device 33. In addition to the controller 32, the control device 33 is connected to the load sensor 20 provided in the ultrasonic press-in unit 8, the ultrasonic oscillator 34, the air chuck 23, and the like.
The control device 33 is an electronic computer that includes a control unit, a calculation unit, a storage unit, an input unit, an output unit, and the like. For example, a general-purpose computer can be employed.

上記構成の超音波圧入装置の動作は制御装置３３にて制御される。
図６及び図７を用いて、制御装置３３による超音波圧入装置の制御の流れの一例について説明する。 The operation of the ultrasonic press-fitting device having the above configuration is controlled by the control device 33.
An example of the flow of control of the ultrasonic press-fitting device by the control device 33 will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

先ず、制御装置３３では、ワーク６及びその挿入孔と、圧入部品７との情報を取得して、当該圧入部品７をワーク６に圧入するための教示動作情報を取得する（Ｓ１）。
教示動作情報は、予め制御装置３３に設定されている。 First, the control device 33 acquires information on the workpiece 6 and its insertion hole and the press-fitting component 7, and acquires teaching operation information for press-fitting the press-fitting component 7 into the workpiece 6 (S1).
The teaching operation information is set in the control device 33 in advance.

続いて、制御装置３３はコントローラ３２に制御信号を送信して、第一作業位置に圧入ポンチ９及び圧入部品治具２１を移動させる（Ｓ２）。この第一作業位置は、圧入部品７が載置されている位置である。
圧入ポンチ９及び圧入部品治具２１が第一作業位置に移動すれば（Ｓ３）、続いて、制御装置３３はエアチャック２３に制御信号を送信して、爪部材２３ａ・２３ａの開閉動作によって把持用アタッチメント２４・２４にて圧入部品７を把持させる（Ｓ４）。 Subsequently, the control device 33 transmits a control signal to the controller 32 to move the press-fitting punch 9 and the press-fitting component jig 21 to the first work position (S2). This first work position is a position where the press-fitting component 7 is placed.
If the press-fitting punch 9 and the press-fitting component jig 21 are moved to the first work position (S3), then the control device 33 sends a control signal to the air chuck 23 and grips it by opening / closing the claw members 23a and 23a. The press-fitting part 7 is gripped by the attachments 24, 24 (S4).

圧入部品７が圧入部品治具２１に保持されれば（Ｓ５）、制御装置３３はコントローラ３２に制御信号を送信して、第二作業位置に圧入ポンチ９及び圧入部品治具２１を移動させる（Ｓ６）。
この第二作業位置は、圧入部品７が、ワーク６の挿入孔への挿入開始可能な状態であって、且つ、圧入ポンチ９が、該圧入ポンチ９の圧入軸方向と圧入部品７の圧入方向とが合致する状態となる、位置及び姿勢である。 If the press-fitting component 7 is held by the press-fitting component jig 21 (S5), the control device 33 transmits a control signal to the controller 32 to move the press-fitting punch 9 and the press-fitting component jig 21 to the second working position ( S6).
The second working position is a state in which the press-fitting part 7 can start insertion into the insertion hole of the workpiece 6, and the press-fitting punch 9 has a press-fitting axis direction of the press-fitting punch 9 and a press-fitting direction of the press-fitting part 7. Are the positions and postures that match.

圧入ポンチ９及び圧入部品治具２１が第二作業位置に移動すれば（Ｓ７）、続いて、制御装置３３は、荷重センサ２０による圧入荷重の計測を開始するとともに（Ｓ８）、超音波発振器３４に制御信号を送信して、超音波振動子１４の発振を開始させる（Ｓ９）。 If the press-fitting punch 9 and the press-fitting component jig 21 are moved to the second work position (S7), then the control device 33 starts measuring the press-fitting load by the load sensor 20 (S8) and the ultrasonic oscillator 34. A control signal is transmitted to start oscillation of the ultrasonic transducer 14 (S9).

そして、制御装置３３はコントローラ３２に制御信号を送信して、第三作業位置への圧入ポンチ９の移動を開始させるとともに（Ｓ１０）、時間計測を開始する（Ｓ１１）。
第三作業位置は、第二作業位置から圧入軸方向に移動した位置であって、圧入ポンチ９が第二作業位置から第三作業位置に移動する過程で、圧入ポンチ９より圧入部品７に荷重が付与され、圧入部品７がワーク６に圧入される。 And the control apparatus 33 transmits a control signal to the controller 32, and while starting the movement of the press injection punch 9 to a 3rd working position (S10), it starts time measurement (S11).
The third work position is a position moved in the press-fitting axis direction from the second work position. In the process in which the press-fit punch 9 moves from the second work position to the third work position, a load is applied to the press-fitted part 7 from the press-fitting punch 9. And the press-fitting part 7 is press-fitted into the workpiece 6.

圧入部品７のワーク６への圧入が開始されてからの、圧入ポンチ９による圧入部品７の加振時間（以下、『設定加振時間』と記載する）は、予め制御装置３３に設定されている。加振時間が短すぎると、圧入部品７のワーク６への圧入に必要となる圧入荷重が大きくなり、加振時間が長すぎると、圧入部品７がうまくワーク６へ圧入されなかった場合に、該圧入部品７が圧入部品治具２１より落脱したり、ワーク６の他の部分へ振動による悪影響を与えたりする虞がある。そこで、予め当該圧入部品７のワーク６への圧入に適した設定加振時間が実験的に求められたうえで、制御装置３３に設定される。 The excitation time of the press-fitting part 7 by the press-fitting punch 9 after the press-fitting of the press-fitting part 7 into the workpiece 6 (hereinafter referred to as “set excitation time”) is set in the control device 33 in advance. Yes. If the excitation time is too short, the press-fit load required for press-fitting the press-fitting part 7 into the workpiece 6 is increased. If the excitation time is too long, the press-fitting part 7 is not press-fitted into the work 6 successfully. There is a possibility that the press-fitted component 7 may fall off from the press-fitted component jig 21 or adversely affect other parts of the work 6 due to vibration. Therefore, a set vibration time suitable for press-fitting the press-fitting part 7 into the workpiece 6 is experimentally obtained in advance and set in the control device 33.

時間計測開始後、設定加振時間が経過すれば（Ｓ１２）、制御装置３３は超音波発振器３４に制御信号を送信して、超音波振動子１４の停止を開始させる（Ｓ１３）。
そして、荷重センサ２０にて検出された圧入荷重が、予め設定された荷重となれば（Ｓ１４）制御装置３３は、ワーク６への圧入部品７の圧入が終了したと判断して、コントローラ３２に制御信号を送信して、第三作業位置への圧入ポンチ９の移動を終了させたうえで（Ｓ１５）、予め設定された待機位置へ圧入ポンチ９及び圧入部品治具２１を移動させる。 If the set excitation time has elapsed after the start of time measurement (S12), the control device 33 transmits a control signal to the ultrasonic oscillator 34 to start stopping the ultrasonic transducer 14 (S13).
If the press-fitting load detected by the load sensor 20 becomes a preset load (S14), the control device 33 determines that the press-fitting of the press-fitting component 7 into the workpiece 6 has been completed, and determines to the controller 32. A control signal is transmitted to end the movement of the press-fitting punch 9 to the third work position (S15), and then the press-fitting punch 9 and the press-fitting component jig 21 are moved to a preset standby position.

上述のように動作する超音波圧入装置では、一つのワーク６について複数箇所に圧入加工を施す場合であっても、予め教示された通りにロボットアーム３０ａが位置・姿勢変化することによって、一台の超音波圧入装置にて対応することができる。従って、一台の超音波圧入装置にて、圧入部品７の形状、圧入位置、圧入形状、圧入角度等の変更に対応することができるので、ワーク６の加工位置に応じて別途超音波圧入装置を備える必要がなく、設備台数を低減することができる。 In the ultrasonic press-fitting device that operates as described above, even when press-fitting is performed at a plurality of locations on one workpiece 6, the robot arm 30a changes its position / posture as previously taught. The ultrasonic press-fitting device can be used. Accordingly, it is possible to cope with changes in the shape, press-fit position, press-fit shape, press-fit angle, and the like of the press-fitting part 7 with a single ultrasonic press-fitting device. The number of facilities can be reduced.

また、上述のように多軸産業ロボット３０を用いた超音波圧入装置では、複数種のワーク６を一度に加工ライン上に流して圧入加工を行う場合においても、それぞれのワークについて多軸産業ロボット３０の作業位置及び姿勢を予め教示したプログラムを設定登録し、加工しようとするワーク６を機種検知して、当該ワークに合致するプログラムを呼び出して実行することによって、ランダムな圧入加工が可能となる。
上述のように、ワークの圧入ライン構成例として、一台の超音波圧入装置で、従来の複数設備分の作業を行うことができるため、設備台数を低減することができる。 Further, in the ultrasonic press-fitting apparatus using the multi-axis industrial robot 30 as described above, even when a plurality of types of workpieces 6 are flowed on the processing line at a time to perform press-fitting processing, the multi-axis industrial robot for each workpiece is performed. Random press-fitting can be performed by setting and registering a program that teaches 30 work positions and postures in advance, detecting the model of the workpiece 6 to be machined, and calling and executing a program that matches the workpiece. .
As described above, as an example of a workpiece press-fitting line configuration, a single ultrasonic press-fitting device can perform work for a plurality of conventional facilities, and thus the number of facilities can be reduced.

本発明の実施例３を説明する。
実施例３では、図８及び図９に示すように、超音波圧入ユニット８を、荷重付与手段５としてのエアシリンダ４０に備えた超音波圧入装置について説明する。 A third embodiment of the present invention will be described.
In the third embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, an ultrasonic press-fitting device in which the ultrasonic press-in unit 8 is provided in the air cylinder 40 as the load applying unit 5 will be described.

前記超音波圧入ユニット８には、圧入ポンチ９と、圧入部品７を保持する圧入部品治具２１と、圧入ポンチ９と荷重付与手段５とを連結するための連結具４１とが一体的に備えられる。 The ultrasonic press-fitting unit 8 is integrally provided with a press-fitting punch 9, a press-fitting part jig 21 that holds the press-fitting part 7, and a connector 41 for connecting the press-fitting punch 9 and the load applying means 5. It is done.

〈圧入ポンチ９〉
前記超音波圧入ユニット８に具備される圧入ポンチ９は、圧入部品７に接して、超音波振動と圧入荷重とを付与するためのものである。
前記圧入ポンチ９は、筐体１２と、該筐体１２に一方の端部が固設された圧入軸１５と、該圧入軸１５に超音波振動を与える超音波振動子１４とで、構成される。 <Press-fit punch 9>
The press-fitting punch 9 provided in the ultrasonic press-fitting unit 8 is for contacting the press-fitting component 7 and applying ultrasonic vibration and a press-fitting load.
The press-fitting punch 9 includes a casing 12, a press-fitting shaft 15 having one end fixed to the casing 12, and an ultrasonic transducer 14 that applies ultrasonic vibration to the press-fitting shaft 15. The

前記圧入軸１５は筐体１２に固設される基部１５ａと、該基部１５ａに螺結される圧入ヘッド部１５ｂとで構成され、筐体１２に固設された端部と反対側の端部は、圧入部品７に振動と圧入荷重とを付与するために、圧入ポンチ９のうち圧入部品７に接触する部分である。
この圧入軸１５の軸方向を、以下、『圧入軸方向』と記載する。この圧入軸方向は、圧入部品７をワーク６へ圧入する際には、圧入部品７のワーク６への圧入方向と略平行となる。 The press-fit shaft 15 includes a base portion 15a fixed to the housing 12 and a press-fit head portion 15b screwed to the base portion 15a, and an end portion opposite to the end portion fixed to the housing 12 Is a portion of the press-fitting punch 9 that comes into contact with the press-fitting component 7 in order to apply vibration and a press-fitting load to the press-fitting component 7.
The axial direction of the press-fit shaft 15 is hereinafter referred to as “press-fit axis direction”. The press-fitting axis direction is substantially parallel to the press-fitting direction of the press-fitting part 7 to the work 6 when the press-fitting part 7 is press-fitted into the work 6.

〈連結具４１〉
前記連結具４１は、圧入ポンチ９の筐体１２の四周を包囲する矩形フレーム状に構成される。圧入軸方向に伸延し圧入ポンチ９の筐体１２を挟んで両側に配置されたフレーム部材４７・４８と、筐体１２の圧入軸方向両端部にそれぞれ配置されたフレーム部材４４・４５とが、略矩形状に組まれて連結具４１が構成される。 <Connector 41>
The connector 41 is configured in a rectangular frame shape surrounding the four circumferences of the casing 12 of the press-fitting punch 9. Frame members 47 and 48 that extend in the press-fitting axis direction and are disposed on both sides of the press-fitting punch 9 with the casing 12 interposed therebetween, and frame members 44 and 45 that are respectively disposed at both ends of the casing 12 in the press-fitting axis direction. The connector 41 is configured by being assembled in a substantially rectangular shape.

上記連結具４１の構成部材のうち、圧入軸方向に伸延するフレーム部材４８には、スライド式直動ガイド機構１１を介して圧入ポンチ９の筐体１２が支持される。スライド式直動ガイド機構１１は、フレーム部材４８に固設されたスライドレール４９と、圧入ポンチ９の筐体１２に固設されたスライダ１３とで構成され、当該スライド式直動ガイド機構１１により圧入ポンチ９の筐体１２は圧入軸方向に移動可能とされる。つまり、圧入ポンチ９が連結具４１にスライド式直動ガイド機構１１を介して支持されることによって、該圧入ポンチ９は、圧入時における圧入部品７のワーク６への圧入方向（圧入軸方向）へ往復直線運動可能とされる。 The casing 12 of the press-fitting punch 9 is supported by the frame member 48 extending in the press-fitting axis direction among the constituent members of the connector 41 via the slide type linear motion guide mechanism 11. The slide type linear motion guide mechanism 11 includes a slide rail 49 fixed to the frame member 48 and a slider 13 fixed to the housing 12 of the press-fitting punch 9. The housing 12 of the press-fitting punch 9 is movable in the press-fitting axis direction. That is, the press-fitting punch 9 is supported by the connector 41 via the slide-type linear guide mechanism 11, so that the press-fitting punch 9 is pressed into the workpiece 6 in the press-fitting part 7 at the time of press-fitting (press-fitting axis direction). Reciprocal linear motion is possible.

なお、スライドレール４９とスライダ１３との相対移動距離、つまり、圧入ポンチ９の移動距離は、変位検出センサ４６として備えられたマグネスケールにて検出される。 The relative movement distance between the slide rail 49 and the slider 13, that is, the movement distance of the press-fitting punch 9 is detected by a magnescale provided as the displacement detection sensor 46.

また、上記連結具４１の構成部材のうち、圧入ポンチ９の筐体１２の圧入軸方向一方の端部に設けられたフレーム部材４４には、エアシリンダ４０が接続される。また、該フレーム部材４４には、エアシリンダ４０のシリンダピストン４２が貫設され、圧入ポンチ９の存在する矩形状に組まれた連結具４１の内部へシリンダピストン４２が突出している。
連結具４１内へ突出したシリンダピストン４２には、押圧部材４３が被せられ、該押圧部材４３にて圧入ポンチ９に圧入部品７を圧入するための荷重が付与される。 An air cylinder 40 is connected to a frame member 44 provided at one end of the casing 12 of the press-fitting punch 9 in the press-fitting axis direction among the constituent members of the connector 41. In addition, a cylinder piston 42 of the air cylinder 40 is provided through the frame member 44, and the cylinder piston 42 protrudes into a connecting tool 41 assembled in a rectangular shape in which the press-fitting punch 9 exists.
The cylinder piston 42 protruding into the connector 41 is covered with a pressing member 43, and a load for press-fitting the press-fitting component 7 into the press-fitting punch 9 is applied by the pressing member 43.

なお、前記押圧部材４３が圧入ポンチ９と接する位置には、荷重センサ２０であるロードセルが設けられる。荷重センサ２０は、押圧部材４３より圧入ポンチ９に付与される荷重、つまり、圧入部品７の圧入荷重を計測するための荷重検出手段である。
前記荷重センサ２０は、連結具４１で包囲された空間であって、圧入ポンチ９の移動方向が確実に圧入軸方向である場所に設けられる。これにより、圧入ポンチ９に加わる圧入軸方向のみの荷重を荷重センサ２０にて検出することが可能である。よって、圧入部品７の圧入荷重を正確に計測することができ、圧入品質管理精度を向上することができる。 A load cell that is the load sensor 20 is provided at a position where the pressing member 43 contacts the press-fitting punch 9. The load sensor 20 is load detecting means for measuring the load applied to the press-fitting punch 9 from the pressing member 43, that is, the press-fitting load of the press-fitting component 7.
The load sensor 20 is a space surrounded by the connector 41 and is provided in a place where the moving direction of the press-fitting punch 9 is surely the press-fitting axis direction. As a result, it is possible to detect the load only in the press-fitting axis direction applied to the press-fitting punch 9 by the load sensor 20. Therefore, the press-fitting load of the press-fitting component 7 can be accurately measured, and the press-fitting quality control accuracy can be improved.

さらに、上記連結具４１の構成部材のうち、エアシリンダ４０が接続されたフレーム部材４４と、圧入ポンチ９の筐体１２を介して反対側に配置されるフレーム部材４５には、圧入ポンチ９の圧入軸１５が遊挿される。また、当該フレーム部材４５には、後述する圧入部品治具２１の治具フレーム２２・２２の端部が固設される。 Further, among the constituent members of the coupling tool 41, the frame member 44 to which the air cylinder 40 is connected and the frame member 45 disposed on the opposite side via the housing 12 of the press-fit punch 9 have a press-fit punch 9. The press-fit shaft 15 is loosely inserted. The frame member 45 is fixedly provided with end portions of jig frames 22 and 22 of a press-fit component jig 21 described later.

前記治具フレーム２２・２２は、圧入軸方向に伸延する二本の長尺部材であって、その一方の端部は前記連結具４１の構成部材であるフレーム部材４５に固設され、他方の端部にはエアチャック２３が設けられる。
前記エアチャック２３に具備される二本の爪部材２３ａ・２３ａには、圧入部品７を把持するために適した把持用アタッチメント２４・２４が取り付けられる。 The jig frames 22 and 22 are two long members extending in the press-fitting axis direction, and one end portion thereof is fixed to a frame member 45 which is a constituent member of the connector 41, An air chuck 23 is provided at the end.
Gripping attachments 24 and 24 suitable for gripping the press-fit component 7 are attached to the two claw members 23a and 23a provided in the air chuck 23.

上記構成の超音波圧入装置では、圧入部品治具２１にて保持された圧入部品７に、圧入ポンチ９の圧入軸１５が接して、超音波振動と、エアシリンダ４０のシリンダピストン４２による圧入軸方向への押圧力とが、付与される。これにより、圧入部品７は、ワーク６に圧入される。 In the ultrasonic press-fitting device having the above-described configuration, the press-fitting shaft 15 of the press-fitting punch 9 is in contact with the press-fitting component 7 held by the press-fitting component jig 21 so that ultrasonic vibration and a press-fitting shaft by the cylinder piston 42 of the air cylinder 40 are performed. A pressing force in the direction is applied. As a result, the press-fitting part 7 is press-fitted into the workpiece 6.

圧入部品７が圧入される際、圧入ポンチ９は該圧入部品７より反力を受ける。このとき、圧入ポンチ９はスライド式直動ガイド機構１１・１１によって圧入軸方向以外の方向へ移動不可能とされているので、圧入ポンチ９が受けた反力の圧入軸方向以外の成分は、該圧入ポンチ９が圧入軸方向にスライドすることによって逃がされる。これにより、圧入ポンチ９の作用点（圧入軸１５の軸心）が、圧入部品７の圧入荷重を作用すべき場所から多少位置ずれしたとしても、圧入ポンチ９による圧入部品７への圧入荷重付与方向は確実にワーク６への圧入部品７の圧入方向となるように維持され、圧入ポンチ９は安定して圧入部品７を圧入することができる。 When the press-fitting part 7 is press-fitted, the press-fitting punch 9 receives a reaction force from the press-fitting part 7. At this time, since the press-fitting punch 9 is made impossible to move in directions other than the press-fitting axis direction by the slide type linear motion guide mechanisms 11 and 11, the components other than the press-fitting axis direction of the reaction force received by the press-fitting punch 9 are The press-fitting punch 9 is released by sliding in the press-fitting axis direction. As a result, even if the operating point of the press-fitting punch 9 (axial center of the press-fitting shaft 15) is slightly displaced from the place where the press-fitting load of the press-fitting component 7 is to be applied, the press-fitting load is applied to the press-fitting component 7 by the press-fitting punch 9. The direction is maintained so as to be surely the press-fitting direction of the press-fitting component 7 to the workpiece 6, and the press-fitting punch 9 can press the press-fitting component 7 stably.

本発明の実施例１に係る超音波圧入ユニットの構成を示す正面図。1 is a front view showing a configuration of an ultrasonic press-fitting unit according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例１に係る超音波圧入ユニットの構成を示す側面図。The side view which shows the structure of the ultrasonic press-fit unit which concerns on Example 1 of this invention. 圧入軸の構造を説明する一部断面図。The partial cross section figure explaining the structure of a press-fit shaft. 本発明の実施例２に係る超音波圧入装置の構造を示す図。The figure which shows the structure of the ultrasonic press-in apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 超音波圧入装置の制御ブロック図。The control block diagram of an ultrasonic press-fit apparatus. 超音波圧入装置の制御の流れ図。The flowchart of control of an ultrasonic press-fit apparatus. 超音波圧入装置の制御の流れ図。The flowchart of control of an ultrasonic press-fit apparatus. 本発明の実施例３に係る超音波圧入装置の構造を示す正面図。The front view which shows the structure of the ultrasonic injection apparatus which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例３に係る超音波圧入装置の構造を示す側面図。The side view which shows the structure of the ultrasonic injection apparatus which concerns on Example 3 of this invention.

Explanation of symbols

５荷重付与手段
６ワーク
７圧入部品
８超音波圧入ユニット
９圧入ポンチ
１０連結具
１１スライド式直動ガイド機構
１２筐体
１４超音波振動子
１５圧入軸
３０多軸産業ロボット
３０ａロボットアーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Load provision means 6 Work piece 7 Press-in part 8 Ultrasonic press-in unit 9 Press-in punch 10 Connection tool 11 Slide-type linear motion guide mechanism 12 Case 14 Ultrasonic vibrator 15 Press-in shaft 30 Multi-axis industrial robot 30a Robot arm

Claims

An apparatus for press-fitting metal press-fitting parts into a metal work,
While pressing the press-fitting part with ultrasonic waves, a press-fitting punch that applies a press-fitting load to the work on the press-fitting part;
A load applying means for applying a press-fitting load to the press-fitting punch;
A connecting tool having a slide type linear motion guide mechanism that connects the press-fitting punch to the load applying means so as to be capable of reciprocating linear movement in the press-fitting direction of the press-fitting part to the workpiece at the time of press-fitting,
An ultrasonic press-fitting device comprising:

The sliding-type linear motion guide mechanism is provided with a press-fitting load detecting means at a site where only the linear motion of the press-fitting punch is allowed,
The ultrasonic press-fitting device according to claim 1.

The connector is provided with a press-fitting component jig that holds the press-fitting component at a position where it can be press-fitted with a press-fitting punch.
The ultrasonic press-fitting device according to claim 1 or 2.

The load applying means;
A multi-axis industrial robot comprising a robot arm that is composed of segments connected to each other and has a plurality of joints and is capable of changing posture,
The ultrasonic press-fitting device according to any one of claims 1 to 3.

The joint close to the press-fitting punch of the robot arm provided in the multi-axis industrial robot is fixed in a predetermined posture,
The ultrasonic press-fitting device according to claim 4.

The load applying means;
It is an air cylinder,
The ultrasonic press-fitting device according to any one of claims 1 to 3.